A eletroencefalografia ´e uma t´ecnica de medi¸c˜ao da atividade el´etrica do c´ortex cerebral propagada at´e o couro cabeludo por meio do uso de eletrodos. No eletroencefalograma (EEG) ´e captada a atividade cerebral propagada ao couro cabeludo de grandes popula¸c˜oes
CAP´ITULO 3. PRINC´IPIOS FISIOL ´OGICOS DA ICM MOTORA 25 de neurˆonios no c´ortex, cujos dendritos (ramifica¸c˜oes do neurˆonio) se projetam perpendi- cularmente `a sua superf´ıcie. Essa atividade (corrente iˆonica gerada nas sinapses, os locais de uni˜ao e intera¸c˜ao entre neurˆonios) ´e propagada atrav´es do l´ıquido cefalorraquidiano, o osso e a pele at´e chegar na superf´ıcie onde ´e captada pelos eletrodos.
Para melhorar o contato entre a pele e o eletrodo, geralmente ´e usado um gel ou pasta condutiva que uniformiza e acopla a impedˆancia na interface pele-eletrodo, al´em de permi- tir a transdu¸c˜ao da corrente iˆonica, na superf´ıcie da pele, para corrente el´etrica conduzida pelo eletrodo. Por causa da atenua¸c˜ao provocada pelas estruturas que deve passar (osso, tecido e fluidos), o sinal de EEG tem uma amplitude que s´o alcan¸ca algumas centenas de microvolts, em torno de dez vezes menor `a amplitude que pode ser captada diretamente no c´ortex, pelo qual o sinal captado por meio dos eletrodos deve ser amplificado e filtrado antes de ser registrado por um equipamento digital (Nuwer et al., 1998; Gulrajani, 1998; Allison, 2003; Chapman et al., 2006).
J´a no eletrodo, a corrente el´etrica ´e conduzida ao equipamento de amplifica¸c˜ao, que ´e tamb´em encarregado de isolar eletricamente o volunt´ario do equipamento, amplificar cen- tenas de vezes o sinal, filtrar as frequˆencias baixas (especialmente a componente cont´ınua presente pela polariza¸c˜ao do eletrodo), amplificar novamente milhares de vezes e filtrar as componentes de alta frequˆencia4, adequando o sinal para a digitaliza¸c˜ao.
Ap´os passar a filtragem anal´ogica, o sinal de EEG dos eletrodos ´e finalmente digi- talizado. Para manter uma boa resolu¸c˜ao na amplitude do EEG ´e recomend´avel que a digitaliza¸c˜ao seja feita com um conversor de no m´ınimo 16 bits e para registrar os di- ferentes ritmos cerebrais deve-se usar uma frequˆencia de amostragem adequada para a frequˆencia do EEG n˜ao maior que 1 kHz (a frequˆencia de amostragem neste projeto foi de 600 Hz) para estudos de respostas cognitivas (Nuwer et al., 1998; Allison, 2003).
O espalhamento da atividade do c´ortex atrav´es do l´ıquido cefalorraquidiano, osso e tecido provoca tamb´em uma perda da especificidade das medi¸c˜oes de EEG por uma sobreposi¸c˜ao de atividade de v´arias ´areas adjacentes sobre o sinal captado por um eletrodo. Assim, o sinal de cada eletrodo de EEG reflete atividade de uma regi˜ao maior do que ele cobre e n˜ao somente a atividade da popula¸c˜ao de neurˆonios exatamente subjacente a ele. Apesar dessas limita¸c˜oes, o EEG ´e uma op¸c˜ao vi´avel para registro de atividade cerebral por seu baixo custo, se comparado com outros m´etodos de medi¸c˜ao de atividade cerebral, sua usabilidade, possibilidade de utiliza¸c˜ao em aplica¸c˜oes em tempo real, alta resolu¸c˜ao temporal, e principalmente pelo fato de ser um m´etodo n˜ao invasivo (Allison, 2003; Chapman et al., 2006).
Como foi visto na se¸c˜ao 3.3, v´arias ´areas do c´ortex cerebral s˜ao mais responsivas do que outras a est´ımulos ou tarefas espec´ıficas. Assim, ´e desej´avel que um registro de EEG capte atividade de v´arias ´areas no couro cabeludo para explorar da melhor maneira poss´ıvel as
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A frequˆencia de EEG para estudos de respostas motoras chega at´e 40 Hz (Kalcher & Pfurtscheller, 1995; Bell et al., 2008; Jeon et al., 2011).
CAP´ITULO 3. PRINC´IPIOS FISIOL ´OGICOS DA ICM MOTORA 26 respostas geradas e ´areas associadas. O sistema internacional 10-20 de posicionamento de eletrodos para EEG ´e uma das op¸c˜oes para capta¸c˜ao de EEG e o padr˜ao usado neste projeto. O sistema 10-20 permite abranger quase todas as ´areas com significado eletro- fisiol´ogico cerebral com poucos eletrodos. A figura 3.7 mostra a disposi¸c˜ao de eletrodos para EEG segundo o sistema internacional 10-20. Os eletrodos no hemisf´erio esquerdo s˜ao identificados com n´umeros ´ımpares, os do hemisf´erio direito com n´umeros pares, e os centrais com a letra z (de zero para indicar posi¸c˜ao sobre a linha m´edia). As primeiras letras dos eletrodos tˆem rela¸c˜ao com as regi˜oes da cabe¸ca nas quais os eletrodos est˜ao colocados em rela¸c˜ao aos l´obulos cerebrais correspondentes. Assim, F indica a regi˜ao frontal, C a regi˜ao central, T a regi˜ao temporal, P a regi˜ao parietal e O a regi˜ao occipital (Nuwer et al., 1998; Chapman et al., 2006).
FP1 FP2 F7 F3 Fz F4 F8 C3 Cz C4 P3 Pz P4 T3 T4 T5 T6 Esquerda Direita O1 O2
Figura 3.7: Distribui¸c˜ao de eletrodos para coleta de EEG segundo o sistema internacional 10-20.
O sinal de EEG ´e caracterizado por ritmos em diferentes bandas de frequˆencia. Cada banda ´e associada a condi¸c˜oes e fun¸c˜oes particulares. ´E comum dividir o EEG em cinco bandas de frequˆencia: (1) banda delta (0.1-3 Hz); (2) banda teta (4-7 Hz); (3) banda alfa (8-13 Hz); (4) banda beta (14-30 Hz) e (5) banda gama (maior que 30 Hz). Em um adulto neurologicamente saud´avel, existe presen¸ca do ritmo alfa em todas as regi˜oes, assim como ritmos delta, beta e ocasionalmente teta na faixa de 6-7 Hz. A banda gama ´e dif´ıcil de ser encontrada nos registros de EEG, devido a sua baixa amplitude provocada pela atenua¸c˜ao do sinal do c´ortex at´e chegar `a superf´ıcie (Chapman et al., 2006; Lebedev & Nicolelis, 2006).
Bandas de maior frequˆencia apresentam progressivamente menor potˆencia, possivel- mente pelo fato de que menos neurˆonios s˜ao recrutados para realizar fun¸c˜oes mais com- plexas e que requerem de processamento mais especializado, localizado, e r´apido (Vidal, 1973).
Devido `a amplitude consideravelmente baixa, o sinal de EEG ´e altamente suscet´ıvel a interferˆencias, chamadas de artefatos, de natureza variada. Movimentos (incluindo o
CAP´ITULO 3. PRINC´IPIOS FISIOL ´OGICOS DA ICM MOTORA 27 movimento ocular) do usu´ario provocam componentes de alta amplitude, em rela¸c˜ao `a am- plitude do sinal de EEG, em frequˆencia baixa (menor que 10 Hz) assim como frequˆencia alta (maior que 30 Hz). O movimento do usu´ario, especialmente de m´usculos pr´oximos `a cabe¸ca, representa um artefato de dif´ıcil tratamento por se encontrar na banda de frequˆencias responsivas do EEG, em especial as respostas presentes nos ritmos lentos menores que 10 Hz (Nuwer et al., 1998; Chapman et al., 2006; Fatourechi et al., 2007). Interferˆencias externas, como equipamentos el´etricos e eletromecˆanicos, provocam com- ponentes na frequˆencia da alimenta¸c˜ao de energia (50 ou 60 Hz).